[发明专利]一种炭-氧化铝复合材料为载体的钌基氨合成催化剂及其制备方法

说明书

一种炭‑氧化铝复合材料为载体的钌基氨合成催化剂及其制备方法，其中催化剂中炭含量的数值为氧化铝比表面积数值的0.0004～0.002倍，通过气相沉积法往氧化铝表面引入炭物种。将得到的炭‑氧化铝复合材料浸渍钌前驱体溶液，还原后浸渍助剂溶液即得到所述用于合成氨的炭‑氧化铝复合材料负载钌催化剂。本发明的催化剂具有较好的催化活性和稳定性，有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于氨合成催化剂技术领域，具体涉及到一种炭-氧化铝复合材料为载体的钌基氨合成催化剂及其制备方法。

背景技术

在当今世界上，每年生产的氨有80%作为农作物肥料。氨不仅是化肥的主要原材料，而且在诸多重要的工业领域，比如塑料、医药、炸药、冶金、环保等的主要原料之一。因此氨气是世界上最重要的化学产品和消耗品之一，广泛的应用于农业和工业领域。钌系催化剂被誉为第二代氨合成催化剂，虽然目前已工业化的氨合成催化剂是以活性炭为载体，但是高温高压的氨合成生产条件不利于活性炭负载钌催化剂的寿命和稳定性。而氧化铝具有良好的耐热性能，是催化剂领域的理想材料。但是氧化铝载体自身较强的酸性以及氧化铝与钌金属之间的强相互作用不利于反应气体氮气、氢气和氨气的吸附、解离和脱附，致使其氨合成性能不佳。因此，人们设想将氧化铝和活性炭这两种载体结合在一起，使其充分发挥各自的优点以得到高性能的钌基氨合成催化剂。Lin等（Lin B, Wang R, Lin J, et al.Effect of carbon and chlorine on the performance of carbon-covered aluminasupported Ru catalyst for ammonia synthesis[J]. Catalysis Communications,2011, 12(15):1452-1457.）报道了利用蔗糖高温裂解得到涂炭的复合载体，其利用氯化钌作为前驱体，在一定程度上提高了氨合成活性，但是残留的氯离子降低氢的脱附量抑制了氨的合成，且其利用蔗糖涂炭得到载体的石墨化程度低。因此没有充分发挥其炭和氧化铝载体的优良特性，对于氧化铝载体的优化处理仍需进一步研究。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提出一种炭-氧化铝复合材料为载体的钌基氨合成催化剂及其制备方法，与传统方法制备出的炭-氧化铝复合材料负载钌催化剂相比，本发明的催化剂具有较高的氨合成活性和耐热性能，有较好的应用前景。

为实现发明的目的，本发明采用如下技术方案：

通过气相沉积法往氧化铝引入炭物种，样品中炭含量的数值为氧化铝比表面积数值的0.0004～0.002倍，将得到的炭-氧化铝复合材料浸渍钌前驱体溶液，还原后浸渍钡助剂溶液即得到所述用于合成氨的炭-氧化铝复合材料负载钌催化剂。

所述气相沉积法引入炭物种的方法包括：高温裂解含炭气体，气体的纯度为3%-100%。气相沉积温度为300-1100℃，处理时间为0.1-3h，通过调节反应时间和反应温度确保炭-氧化铝复合材料中炭的质量为氧化铝比表面积数值的0.0004～0.002倍。

所述含炭气体为甲烷或者乙炔中的一种。

所述钌前驱体为亚硝酰硝酸钌；所述钌前驱体溶液的溶剂为甲醇、乙醇、水中的任意一种或两种混合溶液；钌金属与复合载体的质量比为0.005:1-0.8:1。

所述钡溶液是以钡助剂（硝酸钡或醋酸钡）为溶质，水、甲醇和乙醇中的一种或多种混合液为溶剂组成，所述钡助剂与氧化铝复合载体的质量比为0.03:1-0.2:1。

本发明的有益效果在于：与现有的炭-氧化铝负载钌基氨合成催化剂相比，本发明提供的炭-氧化铝负载钌催化剂具有由于炭含量适中，且气相沉积得到的炭在氧化铝表面不是均匀生长，因此钌金属依然主要固定在氧化铝载体上，但是钌金属周边存在的炭物质有利于减弱催化剂强氢吸附性质对催化剂性能的不利影响。且氧化铝与炭的相互作用较强，因此所制备的催化剂不仅具有较高的氨合成反应活性，而且具有理想的耐热性能，具有较好的工业应用前景。